礦井斜坡道車輛管理監控系統工程應用

摘要:通過對某采礦企業的井下斜坡道車輛定位及調度監控系統工程的改造，實現了對井下人員及車輛的實時跟蹤監測和定位指揮調度，有效地避免了汽車相互堵塞及安全事故的發生，從而進一步提高了礦井的勞動生產率。

關鍵詞:礦井斜坡道 車輛管理 監控 CAN總線多級網絡

0 引言

隨著國家對礦井安全的日益重視和監管力度的不斷加強，我國大中型采礦企業已經大量裝備了安全生產監控系統，這些安全裝備的推廣應用大大改善了礦井安全生產狀況，但由于礦井的特定環境，給井下定位、通訊帶來了一定的困難，汽車一旦在井下發生問題(例如汽車在井下堵塞、汽車故障等)，極易造成撞車、追尾等事故的發生，嚴重影響生產，并帶來安全隱患。因此，開發新型井下的汽車控制系統，可對井下礦車進行實時跟蹤監測和定位指揮調度，避免汽車相互堵塞。

1 工程概況

本工程為某礦業公司的1945～1690M斜坡道設計江實施礦井斜坡道車輛監控系統，于2006年完工。該斜坡道巷道高4M，寬5M，長3.2kM，每100m有一個避讓洞，汽車流量約6輛/h，日出礦量3000t/d，汽車總量目前20輛(計劃擴充到30輛)，汽車載重量20t，斜坡道整個大彎道4個，小彎道6個，汽車上行均速15kM/h，下行均速25kM/h。巷道內主要是膠輪機動車運行，汽車運行要求下行車避讓上行車，巷內是單行道，避讓洞100m才有一個，巷內會車時下行車經常要倒退較遠后才能進避讓洞，若后面有車將造成巷道內車輛阻塞，這不僅影響了車輛的運行效率，也存在著較大的安全隱患，嚴重影響生產效率。

2 設計思路及方案簡述

2.1 設計思路 本工程實施方案利用非接觸射頻識別技術實現車輛的位置傳感，利用智能化的信號燈作為指揮車輛運行的執行機構，而傳感器、信號燈與上位監控機之間的數據通信則采用了高可靠的CAN現場總線技術。系統的車輛監控上位機通過局域網可與全礦的一體化監控系統主機相連，即可使該系統成為融入全礦一體化信息系統的一個具有相對獨立職能的子系統。方案將整個斜坡道分為15段，每段兩端都有信號燈，對區段控制采取“對端閉鎖、空閑交替”的原則來實現，車輛運行遵循紅燈停，綠燈行的原則。由于汽車運行要求下行車避讓上行車，若下行車先進入區段，則上行車停，待下行車進入避讓洞后再上行，即可有效地杜絕車輛堵塞。另外，考慮斜坡道車流量井口上端較井口下端流量大，大彎道時汽車運行慢等情況，方案采用的分段原則為:井口上端200～300m為一段，大彎道處100m左右為一段，井口下端400m左右為一段。經過計算，按此方案進行運行后，系統可根據上行車輛的數量，可以多輛車同時上行，在原有的基礎上更能加大運量，可大大提高斜坡道運輸量。

2.2 控制系統組成結構 車輛監測及信號燈控制系統的組成設備包括:監控機、顯示器、CAN接口卡、避雷器、讀卡器、信號燈控制器、信號燈、網橋、識別卡、電源等，其結構方框如圖1。

圖1中車輛監測及信號燈控制系統為一個多級CAN控制網絡。監控機(經過CAN接口卡)以及分布在巷道中的讀卡器、信號燈控制器、網橋、透明網橋都作為網絡上的一個節點。由于CAN協議獨特的非破壞性總線仲裁技術，CAN總線支持多主機，即網絡上所有節點不分主從，均可在任意時刻向其它節點發送信息。識別卡是一個射頻數據發射機，被安裝在受監測的移動目標上，它不斷發送一個唯一的識別ID碼(車輛識別卡為一字節，人員識別卡為二字節)，這一ID碼隱含了該目標的特征:當其經過巷道中某讀卡器時，讀卡器接收到此ID碼，并主動將此ID碼連同自己的節點地址一起向監控機發送。監控機在收到上述數據后，經過分析處理，便可確定該車輛(識別卡)在巷道中的當前位置，并以圖像形式在顯視器上顯示。

4 控制原則及方法

4.1 控制原則 對整個斜坡道的車輛監控采用集中控制，將每臺車輛的信息通過無線及有線傳輸到地面控制臺，控制臺根據整個斜坡道車輛行進的情況，集中管理和控制車輛的行進次序，從而杜絕了多輛車堵塞及無序行進而造成的行車緩慢。

4.2 控制方法 閉鎖區間控制:當閉鎖區間1和避讓區間1，讀卡器沒有讀到上行車輛，紅綠燈1將放行井口車下行，如果下行車在閉鎖區間1之間，紅綠燈2為紅燈，當下行車到達讀卡器3時，如果閉鎖區間2還是沒有車，則紅綠燈3亮綠燈，繼續下行，如果有車，則紅綠燈3亮紅燈，下行車進避讓道，等到上行車到讀卡器3時，下行車在繼續下行。當下行車輛進入避讓道，下一個讀卡器超過3分鐘沒有監測到車輛下行，就認為車輛停在避讓道，將繼續根據巷道狀況放行下行車輛。其它同類區段的控制方法同上。

丁字路口控制:當巷道車內車輛少時，按閉鎖區間的控制方法控制，當在丁字路口停放多輛車時，上行車根據巷道閉鎖區間有無下行車，實行分時放行，優先放行主巷道車輛，并可同時放行支巷道車輛，讓不超過5臺車同時上行。

5 系統特點

5.1 控制功能 信號燈控制功能:系統具備信號燈自動控制、人工干預等功能，信號燈可以根據一定的算法，自動進行車輛調度;車輛行駛軌跡重演功能:系統可存儲30天車輛運行數據，調度員可隨時回放這3天內任一時段的車輛運行情況，以便為事故分析提供依據;系統定時(或人工)自檢功能:系統通過定時(或人工)自檢，如發現信號機、讀卡器發生故障，可立即以相應的故障圖標形式在監視器上指示發生故障的設備，從而及時發現并排除CAN網絡設備故障，保障系統各節點正常工作;遠程監控功能:通過企業局域網，遠程計算機安裝客戶端軟件后可實時監控系統的運行，并在授權的情況下具有實時控制功能。

5.2 CAN總線網絡的可靠性和實時性 系統采用CAN總線多級控制網絡結構，CAN總線直接通信距離可達10km/5kbps，可靠性高;CAN總線采用非破壞性仲裁技術，當巷道內車輛眾多，使多個讀卡器同時檢測到車輛識別碼，同時向總線傳送數據時，優選級低的節點將主動停止數據發送，而優先級高的節點可不受影響地繼續傳輸數據，從而有效避免總線沖突。由于以上原因，系統各節點往上位機傳送數據可不用輪詢方式而直接采用即時傳送方式，這使信號機的響應時間大大縮短，保證了系統具有良好的實時性。

6 總結

通過對該礦井車輛監控系統的改造，以上位機為中心進行全局調度，也可通過局域網與全礦的一體化監控系統相連，即可使該系統成為融入全礦一體化信息系統的一個具有相對獨立職能的控制系統。通過該工程的成功實施，對井下礦車進行實時跟蹤監測和定位指揮調度，避免汽車相互堵塞，有效地提高了井下運輸效率。